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IPC---TCP套接字通信

分类： LINUX

2012-10-22 20:14:25

    相信做过通信的人对于套接字一点都不陌生，套接字通信主要用于网络通信，不同计算机之间进行通信。其具有相当强大的功能，套接字通信说到底还是两个进程之间的通信，很多人传统的观念认为使用套接字，TCP/UDP就涉及到网络，涉及到不同的计算机之间，但是套接字不止这种使用方式。它同样可以作为IPC通信完成本机之间两个进程的通信。实现这种方法需要回环网卡的支持，（也就是lo网卡127.0.0.1）。
   在实现通信之前，需要知道程序设计的流程：（传统的经典流程图如下）：


套接字：
套接字是计算机操作系统为应用于TCP/IP协议交互提供的一种通用接口。套接字代表了通信的端点。也就是说是数据通过TCP/IP协议在电缆上传输后进入目的主机的入口。
套接字作为通信端点的抽象，与应用程序要使用文件描述符访问文件一样，访问套接字也需要使用套接字描述符。


  1. #include <sys/socket.h>
  2. int socket(int domain, int type, int protocol);
  3. 成功返回文件（套接字）描述符，若出错则返回-1；



参数说明：
1、int domain :确定通信的特性，表示各个域的常数都是以AF_开头，表示地址族（address family）：
AF_INET         IPv4因特网域 
AF_INET6        IPv6因特网域
AF_UNIX          UNIX域
AF_UNSPEC        未指定
2、type:确定套接字的类型其有下列4中类型：
SOCK_DGRAM 长度固定的、无连接的不可靠的报文传输（基于UDP）
SOCK_RAW IP协议的数据报接口（原始套接字）
SOCK_SEQPACKET 长度固定、有序、可靠的面向连接报文传递
SOCK_STREAM 有序、可靠、双向的面向连接字节流（TCP）
3、protocol通常为零，表示按给定的域和套接字类型选择默认协议。AF_INET中SOCK_STREAM的默认协议时TCP，SOCK_DGRAM默认的协议时UDP。

在建立连接之前，还需要做一些准备工作；字节序和地址格式结构填充。
运行在同一台电脑上的进程相互通信时，一般不用考虑字节的顺序，字节序是一个处理器架构的特性，用于指示像整数这样的大数据类型的内部字节顺序。
大端（big-endian）字节序：最大字节地址对应于数字最低有效字节(LSB)上。小端（little-endian）字节序则相反。



处理器架构 字节序
Intel Pentium 小端
PowerPC 大端
Sun SPARC 大端
测试处理器是什么字节序：
union 
{
int number;
char s;
}test;

int main(void)
{
test.number=0x01000010;
if(test.s == 0x01)
printf("big-endian\n");
else
printf("little-endian\n");
return 0;
}
网络传输的数据顺序一定要是统一的，网络字节序采用大端存储（big-endian）字节序。
#include  有的老版本的定义在#include

uint32_t htonl(uint32_t,hostint32);  
返回值：以网络字节序表示的32位整形数；
uint16_t htons(uint16_t,hostint16);  
返回值：以网络字节序表示的16位整形数；

uint32_t ntohl(uint32_t,hostint32);  
返回值：以主机字节序表示的32位整形数；
uint16_t ntohs(uint16_t,hostint16);  
返回值：以主机字节序表示的16位整形数；

h：表示host（主机）字节序； l：表示long长整形数；
n：表示net（网络）字节序； s：表示short整形数；

地址格式：涉及到了两个结构体
#include

struct sockadd_in {
  sa_family_t   sin_family; //协议族
  in_port_t   sin_port; //端口号
  struct in_addr  sin_addr; //IP4地址
}；
struct in_addr {
  in_addr_t s_addr; //IP4地址
}

点击(此处)折叠或打开

  1. struct sockaddr_in;
  2. bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
  3. server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
  4. server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
  5. //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
  6. server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
服务器端程序设计：

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  1. #include <sys/socket.h>

  3. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

  5. 返回值：成功返回0，失败返回-1；
注意：
1、在进程运行的机器上，指定的地址必须有效，不能指定一个其他机器的地址；
2、地址必须和创建套接字时的地址族所支持的格式相匹配；
3、端口号必须比小于1024，除非是超级用户；
4、一般只有套接字端点能够与地址绑定；
    对于因特网域，如果指定IP地址为INADDR_ANY,套接字端点可以被绑定到所有的系统网络接口。也就是说可以收到这个系统所安装的所有网卡的数据包。

监听listen():

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  1. #include <sys/socket.h>

  3. int listen(int sockfd, int backlog);

  5. 返回值：成功为0，失败为-1；
参数：backlog提供了一个提示，用于表示该进程所要入列的连接请求数量。一旦队列满，系统会拒绝多余的连接请求，一旦系统调用了listen()，套接字就能接收连接请求。使用函数access()获得连接请求并建立连接。


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  1. #include <sys/socket.h>

  3. int accept(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr, socklen_t *restrict len);

  5. 返回值：成功返回文件描述，失败返回-1；
   函数accept所返回的文件描述符是套接字描述符，该描述符连接到调用connect的客户端。这个新的套接字描述符和原始套接字（sockfd）具有相同的套接字类型和地址族。传给accept的原始套接字没有关联到这个链接，而是继续保持可用状态并接受其他链接请求。

 到这里服务器程序链接就建立好了，接下来就可以调用read(),write()函数进行读写操作；

客户端相关函数：


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  1. #include <sys/socket.h>

  3. int connect(int sockfd, const struct *addr, socklen_t len);

  5. 返回值：成功返回0，错误返回-1；
参考程序：先运行server.c程序，再运行client.c程序，连接成功server将打印出client的ip地址。（./client 127.0.0.1）

服务器端程序：

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  1. #include <stdlib.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <errno.h>
  4. #include <string.h>
  5. #include <netdb.h>
  6. #include <sys/types.h>
  7. #include <netinet/in.h>
  8. #include <sys/socket.h>

  10. #define portnumber 3333

  12. int main(int argc, char *argv[])
  13. {
  14.     int sockfd,new_fd;
  15.     struct sockaddr_in server_addr;
  16.     struct sockaddr_in client_addr;
  17.     int sin_size;
  18.     int nbytes;
  19.     char buffer[1024];
  20.     

  22.     /* 服务器端开始建立sockfd描述符 */
  23.     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
  24.     {
  25.         fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
  26.         exit(1);
  27.     }

  29.     /* 服务器端填充 sockaddr结构 */
  30.     bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
  31.     server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
  32.     server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
  33.     //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
  34.     server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
  35.     
  36.     /* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */
  37.     if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
  38.     {
  39.         fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
  40.         exit(1);
  41.     }

  43.     /* 设置允许连接的最大客户端数 */
  44.     if(listen(sockfd,5)==-1)
  45.     {
  46.         fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
  47.         exit(1);
  48.     }

  50.     while(1)
  51.     {
  52.         /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
  53.         sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
  54.         if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1)
  55.         {
  56.             fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
  57.             exit(1);
  58.         }
  59.         fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将网络地址转换成.字符串
  60.         
  61.         if((nbytes=read(new_fd,buffer,1024))==-1)
  62.         {
  63.             fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));
  64.             exit(1);
  65.         }         
  66.         buffer[nbytes]='\0';
  67.         printf("Server received %s\n",buffer);
  68.         
  69.         /* 这个通讯已经结束 */
  70.         close(new_fd);
  71.         /* 循环下一个 */
  72.     }

  74.     /* 结束通讯 */
  75.     close(sockfd);
  76.     exit(0);
  77. }
客户端程序：

点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdlib.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <errno.h>
  4. #include <string.h>
  5. #include <netdb.h>
  6. #include <sys/types.h>
  7. #include <netinet/in.h>
  8. #include <sys/socket.h>

  10. #define portnumber 3333

  12. int main(int argc, char *argv[])
  13. {
  14.     int sockfd;
  15.     char buffer[1024];
  16.     struct sockaddr_in server_addr;
  17.     struct hostent *host;

  19.         /* 使用hostname查询host 名字 */
  20.     if(argc!=2)
  21.     {
  22.         fprintf(stderr,"Usage:%s hostname \a\n",argv[0]);
  23.         exit(1);
  24.     }

  26.     if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
  27.     {
  28.         fprintf(stderr,"Gethostname error\n");
  29.         exit(1);
  30.     }

  32.     /* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */
  33.     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP
  34.     {
  35.         fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
  36.         exit(1);
  37.     }

  39.     /* 客户程序填充服务端的资料 */
  40.     bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0
  41.     server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
  42.     server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
  43.     server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址
  44.     
  45.     /* 客户程序发起连接请求 */
  46.     if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
  47.     {
  48.         fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
  49.         exit(1);
  50.     }

  52.     /* 连接成功了 */
  53.     printf("Please input char:\n");
  54.     
  55.     /* 发送数据 */
  56.     fgets(buffer,1024,stdin);
  57.     write(sockfd,buffer,strlen(buffer));

  59.     /* 结束通讯 */
  60.     close(sockfd);
  61.     exit(0);
  62. }
使用套接字进行数据处理有两种基本模式：同步和异步。
　　同步模式：
　　同步模式的特点是在通过Socket进行连接、接收、发送数据时，客户机和服务器在接收到对方响应前会处于阻塞状态，即一直等到收到对方请求进才继续执行下面的语句。可见，同步模式只适用于数据处理不太多的场合。当程序执行的任务很多时，长时间的等待可能会让用户无法忍受。
　　异步模式：
　　异步模式的特点是在通过Socket进行连接、接收、发送操作时，客户机或服务器不会处于阻塞方式，而是利用callback机制进行连接、接收、发送处理，这样就可以在调用发送或接收的方法后直接返回，并继续执行下面的程序。可见，异步套接字特别适用于进行大量数据处理的场合。
   当遇到在有连接请求的时候就行连接，改变一些状态量，没有连接请求来的时候希望程序跳过accept继续往下执行就需要用到异步模式，实现方法就是改变最初套接字的模式；

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  1. #include <unistd.h>
  2. #include <fcntl.h>
  3. int flag;
  4. if((flag = fcntl(sockfd,F_GETFL,0) == -1)
  5. flag = 0;
  6. fcntl(sockfd,F_SETFL,flag | O_NONBLOCK);
具体关于fcntl操作文件描述的函数可以参考博客：











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